Low-Cost-Gel gewinnt Trinkwasser aus der trockenen Wüstenluft

Forscher haben eine kostengünstige Gelmembran entwickelt, die selbst in trockenen Klimazonen wie der Wüste Wasser aus der Luft ziehen kann.

Mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung lebt in Trockengebieten, Regionen mit erheblicher Wasserknappheit. Ingenieure und Wissenschaftler der University of Texas at Austin haben eine einzigartige Lösung entwickelt, die den Menschen in diesen Gebieten den Zugang zu sauberem Trinkwasser erleichtern könnte.

Forscher haben eine kostengünstige Gelmembran entwickelt, die aus reichlich vorhandenen Materialien besteht und selbst in den trockensten Klimazonen Wasser aus der Luft ziehen kann. Substanzen, die diese Reaktion ermöglichen, kosten nur 2 US-Dollar pro Kilogramm, und ein Kilogramm kann in Gebieten mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von weniger als 15 % mehr als 6 Liter (~1,6 Gallonen) Wasser pro Tag und 13 Liter (~3,4 Gallonen) in Gebieten mit relativer Luftfeuchtigkeit produzieren Luftfeuchtigkeit bis zu 30 %.

Folienbeutel zum Auffangen von Wasser

Ein Beispiel für eine andere Form, die Wasseraufnahmefolie annehmen kann. Bildnachweis: University of Texas at Austin/The Cockrell School of Engineering

Die Forschung baut auf den früheren Errungenschaften des Forschungsteams auf, einschließlich der Fähigkeit, Wasser aus der Atmosphäre zu entnehmen, und der Anwendung dieser Technologie zur Schaffung selbstbewässernder Böden. Diese Technologien sind jedoch für Umgebungen mit relativ hoher Feuchtigkeit ausgelegt.

„Bei dieser neuen Arbeit geht es um praktische Lösungen, mit denen Menschen Wasser an den heißesten und trockensten Orten der Erde bekommen können“, sagte Guihua Yu, Professor für Materialwissenschaften und Maschinenbau an der Cockrell School of Engineering, Department of Mechanical Engineering in Cockrell Ingenieursschule. “Dies könnte Millionen von Menschen, die keinen ständigen Zugang zu Trinkwasser haben, ermöglichen, einfache Wassererzeugungsgeräte für zu Hause zu haben, die sie leicht bedienen können.”

Das neue Paper wurde am 19. Mai 2022 im Journal veröffentlicht Naturkommunikation.

Formen von Wassereinfangfolien

Wasserauffangfolie kann leicht in viele verschiedene Formen gebracht werden. Bildnachweis: University of Texas at Austin/The Cockrell School of Engineering

Als hydrophile Hauptstruktur (die von Wasser angezogen wird) verwendeten die Forscher erneuerbare Zellulose und eine gängige Küchenzutat, Konjakgummi. Die offenporige Gummistruktur beschleunigt den Feuchtigkeitsaufnahmeprozess. Eine weitere technische Komponente, hitzeempfindliche Zellulose mit einer hydrophoben (wasserabweisenden) Reaktion beim Erhitzen, trägt dazu bei, das angesammelte Wasser sofort freizusetzen, so dass der Gesamtenergieaufwand für die Wasserproduktion minimiert wird.

Andere Versuche, Wasser aus der Wüstenluft zu gewinnen, sind meist energieintensiv und produzieren nicht viel. Und während 6 Liter nicht viel erscheinen, sagen die Forscher, dass die Herstellung dickerer Folien, absorbierender Betten oder Matrizen mit Optimierung die Menge an Wasser, die sie produzieren, dramatisch erhöhen kann.

Erstellungsprozess für Wasseraufnahmefilme

Der Prozess der Herstellung von Wassereinfangfilmen aus seinen Bestandteilen. Bildnachweis: University of Texas at Austin/The Cockrell School of Engineering

Die Reaktion selbst ist einfach, sagten die Forscher, wodurch die Herausforderungen der Skalierung und der universellen Nutzung verringert werden.

„Es ist nichts, wofür man einen fortgeschrittenen Abschluss braucht“, sagte Yuhong „Nancy“ Gu, die Hauptautorin der Veröffentlichung und ehemalige Doktorandin in Yus Labor und jetzt Postdoktorandin am MIT. “Es ist klar genug, dass jeder es zu Hause machen kann, wenn er die Materialien hat.”

Die Folie ist flexibel und kann je nach Bedarf des Benutzers in eine Vielzahl von Formen und Größen geformt werden. Zur Herstellung des Films wird lediglich das Gel benötigt, das alle relevanten Komponenten enthält und in eine Form gegossen wird.

Ein Gerät zum Auffangen von Wasser aus der Luft

Ein Prototypgerät zum Auffangen von Wasser aus der Luft mit der neuen Folie. Bildnachweis: University of Texas at Austin/The Cockrell School of Engineering

“Das Gel braucht nur zwei Minuten, um auszuhärten. Danach muss es nur noch gefriergetrocknet werden, und es kann aus der Form abgezogen und sofort verwendet werden”, sagt Weixin Guan, Doktorand in Yus Team und leitender Forscher auf der Arbeit.

Referenz: „Skalierbare Ultra-Moisture Polymer Films for Sustainable Moisture Harvesting in Arid Environments“ von Youhong Guo, Weixin Guan, Chuxin Lei, Hengyi Lu, Wen Shi, Guihua Yu, 19. Mai 2022, Naturkommunikation.
DOI: 10.1038 / s41467-022-30505-2

Die Forschung wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency des US-Verteidigungsministeriums finanziert ([{” attribute=””>DARPA), and drinking water for soldiers in arid climates is a big part of the project. However, the researchers also envision this as something that people could someday buy at a hardware store and use in their homes because of its simplicity.

Yu directed the project. Guo and Guan co-led experimental efforts on synthesis, characterization of the samples, and device demonstration. Other team members are Chuxin Lei, Hengyi Lu, and Wen Shi.

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